[sd card] mmc_blk层为sd card创建块设备流程

最新推荐文章于 2025-03-13 16:12:37 发布

原创

最新推荐文章于 2025-03-13 16:12:37 发布 · 5.1k 阅读

22 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#mmcblk #sdcard #块设备创建

本文详细介绍了Linux内核中mmc_blk层如何为SD卡创建块设备的过程，从块设备框架、mmc_blk实现、驱动模型到创建块设备的流程，深入解析了mmc_blk_probe、mmc_blk_alloc和mmc_add_disk等关键函数，揭示了块设备从文件系统到硬件的完整数据路径。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、块设备框架

以下内容摘自http://blog.youkuaiyun.com/jianchi88/article/details/7212370.

1、块设备框架图

块设备框架图

avatar

2、说明

各个层次说明
- 由通用块层(Generic Block Layer)负责维持一个I/O请求在上层文件系统与底层物理磁盘之间的关系。在通用块层中，通常用一个bio结构体来对应一个I/O请求。
- 在Linux中，驱动对块设备的输入或输出(I/O)操作，都会向块设备发出一个请求，在IO调度层中用request结构体描述。
- 但对于一些磁盘设备而言请求的速度很慢，这时候内核就提供一种队列的机制把这些I/O请求（request结构体）添加到队列中（即：请求队列），在驱动中用request_queue结构体描述。在向块设备提交这些请求前内核会先执行请求的合并和排序预操作，以提高访问的效率，然后再由内核中的I/O调度程序子系统来负责提交 I/O 请求，调度程序将磁盘资源分配给系统中所有挂起的块 I/O 请求，其工作是管理块设备的请求队列，决定队列中的请求的排列顺序以及什么时候派发请求到设备。
- Linux提供了一个gendisk数据结构体，用来表示一个独立的磁盘设备或分区，用于对底层物理磁盘进行访问。在gendisk中有一个类似字符设备中file_operations的硬件操作结构指针，是block_device_operations结构体。
整体数据流程说明
文件系统——》通用块层——》IO调度层——》块设备驱动层
- 文件系统会向通用块层发起块读写请求
- 通用块层将读写请求封装成bio结构体（block io），下发到IO调度层
- IO调度层将bio封装成request结构体，并将request添加到对应块设备（gendisk）的请求队列（request_queue）中，并做一些预处理。
- IO调度层对请求队列（request_queue）中的request进行预处理之后，调用请求队列（request_queue）的回调函数来对队列中的IO（request）进行处理
- 而请求队列（request_queue）以及request处理回调函数则是由块设备驱动层提供，也就是块设备驱动层会从请求队列（request_queue）提取request并且进行实质性的处理。
各个层次的请求（IO）以及请求队列对应的结构体
- 通用块层：struct bio
- IO调度层：struct request（封装了struct bio）、struct request_queue
- 块设备驱动层：
  各类块设备驱动层对于IO请求的封装是不一样的。以sd card的mmc块设备驱动层为例：
  struct mmc_queue_req（封装了struct request）、struct mmc_queue（封装了struct request_queue）。

3、mmc块设备驱动层

块设备驱动有很多个种类，对于sd card来说，使用的是mmc块设备驱动层。
这部分内容可以参考《[mmc subsystem] 概念与框架》
mmc块设备驱动层已经属于mmc subsystem结构的一部分。其框架图如下：

avatar
（上图摘自蜗窝科技http://www.wowotech.net/comm/mmc_framework_arch.html）

其主要分成三个层次：
- mmc card drivers层（mmc_blk层）：
  向上：为mmc card（如sd card）实现对应的request_queue以及gendisk并注册，生成的对应的块设备文件。
  请求处理：对上层传下来的request进行提取处理
  向下：向mmc core层提交mmc请求
- mmc core层（只提取部分内容）：
  可以参考《[mmc subsystem] mmc core（第一章）——概述》
  向上：为mmc card drivers提供注册mmc driver的接口。为mmc card drivers提供发起mmc请求的接口。
  请求处理：异步mmc请求的处理
  向下：向mmc host层提交mmc请求
- mmc host层（只提取部分内容）：
  可以参考《[mmc subsystem] host（第一章）——概述》
  对mmc core下发的mmc请求进行处理，然后通过mmc总线发起实际的通讯内容。

5、总结

综上，对于sd card而言，整个数据流是：
文件系统——》通用块层——》IO调度层——》mmc_blk层——》mmc core层——》mmc host层——》mmc硬件总线——》sd card。
而这里我们要学习的就是mmc_blk层。
对应代码是drivers/mmc/card/block.c、driver/mmc/card/queue.c
同时，我们也知道了mmc_blk层的核心内容是实现块设备，为了实现块设备，实现块设备的核心就是要实现对应的gendisk以及request_queue。后续就是围绕这个内容对mmc_blk设备驱动进行展开。

二、mmc_blk实现块设备核心框架

1、实现块设备的驱动框架

通过第一节的内容，可以知道实现块设备主要是实现如下内容

创建struct request_queue
请求队列，IO调度层会把IO请求（struct request）往对应块设备的这个结构体里面挂，然后调用request_queue里面的回调函数对request进行处理。
可以调用blk_init_queue来创建一个request_queue。
创建方法eg：blk_init_queue(mmc_request_fn, lock)，其中，mmc_request_fn则是从request_queue提取request并进行处理的回调函数。
创建struct gendisk
struct gendisk用来代表一个独立的磁盘设备或者分区。一个块设备对应一个gendisk。块设备驱动通过创建对应的gendisk并注册来产生对应的块设备节点。
可以调用alloc_disk来分配一个gendisk。
分配方法eg：alloc_disk(perdev_minors)，perdev_minors表示分配给每个块设备的从设备号数量
初始化struct gendisk
主要初始化如下内容：
- struct gendisk->major，块设备的主设备号，对于mmcblk块设备来说，其主设备号是MMC_BLOCK_MAJOR，179
- struct gendisk->first_minor，分配的第一个从设备号
- struct gendisk->fops，块设备的操作函数，对于mmcblk来说，是mmc_bdops
- struct gendisk->private_data，私有数据指针，一般关联到对应块设备驱动的数据结构体
- struct gendisk->driverfs_dev，父sys节点
- struct gendisk->flags
- struct gendisk->disk_name，块设备名
关联struct gendisk和struct request_queue
因为IO调度层里面的request_queue一般有不止一个。当数据从通用块层下来的时候，IO调度层只知道要写到哪个gendisk，然后根据gendisk里面获取到对应的request_queue，然后再request往request_queue里面放。
所以就要求gendisk必须和request_queue关联起来。
关联方法：struct gendisk->queuerequest_queue.
注册块设备
不管前面的流程怎么样，最终的目的都是注册一个块设备到系统中。
可以通过调用add_disk(gendisk)来注册块设备。

2、mmc_blk实现块设备的驱动框架补充

核心框架就是上述“实现块设备的驱动框架”的部分。

以下要特别注意，方便理解代码。

根据mmc_blk的实现方式，有如下注意点：
- 构造mmc_queue_req作为一个MMC IO请求，把从request_queue提取request封装到这里面来。
- 构造mmc_queue作为块设备的请求队列，把request_queue封装到mmc_queue中。同时存储了当前正在处理以及上一次正在处理的MMC IO请求mmc_queue_req。
- 构造mmc_blk_data作为块设备的私有数据，同时把mmc块设备请求对应mmc_queue以及块设备gendisk存储到mmc_blk_data中。
- 同时mmc_blk_data也存放了mmc_blk驱动相关的部分内容。
因此mmc_blk实现块设备的整体流程如下
- 创建struct mmc_blk_data
- 初始化mmc_blk_data
- 初始化struct mmc_blk_data->mmc_queue
- 创建struct mmc_blk_data->mmc_queue->request_queue（创建struct request_queue）
- 分配和初始化struct mmc_blk_data->gendisk（创建struct gendisk & 初始化struct gendisk）
- 关联struct mmc_blk_data->gendisk 和 mmc_blk_data->mmc_queue->request_queue （关联struct gendisk和struct request_queue）
- 注册mmc_blk_data->gendisk到系统中（注册块设备）

三、mmc_blk的设备驱动模型实现

对应代码：drivers/mmc/card/block.c

1、mmc bus结构

注意，这里指的是软件结构，而不是指硬件结构。
建议先参考《[mmc subsystem] mmc core（第三章）——bus模块说明》
mmc结构体如下图所示

avatar
（上图摘自蜗窝科技http://www.wowotech.net/comm/mmc_framework_arch.html）

从硬件上来看，每一个mmc host对应一条实际的mmc总线。
但是mmc subsystem只存在一条虚拟的mmc bus。并且mmc host并不会作为这个设备驱动总线模型的一个部分。
相应的：
* 在mmc bus上挂载的device是由mmc core根据实际mmc设备抽象出来的card设备。
例如在sd.c中，mmc_attach_sd会构造mmc_card，并且调用mmc_add_card(struct mmc_card *card)将mmc_card挂在了mmc_bus上。
而mmc_card就是mmc_bus上的device。

在mmc bus上挂载的driver是在card目录下实现的card driver，用于驱动虚拟card设备、对接其他subsystem，实现其实际的功能。
例如在block.c中，mmc_blk_init会构造一个mmc_driver，并且调用mmc_register_driver(struct mmc_driver *drv)将mmc_driver挂在了mmc_bus上。
而mmc_driver就是mmc_bus上driver。

根据mmc_bus的匹配规则（mmc_bus_match），只要有mmc_card注册到mmc_bus上，就会匹配所有mmc_driver，也就是所有mmc_driver的probe都会执行。
然后mmc_driver就开始为mmc_card实现对应的功能了，比如mmc_blk这个mmc_driver就是为mmc_card实现块设备的功能。